再生消波塊

一、再生原料與製程

本項再生消波塊的開發，亦是以石質營建廢棄物作為再生原料，石 質營建廢棄物可以包括廢花崗石牆板或地板、廢玻璃、廢紅磚、廢磁磚、

廢混凝土塊等為主，均為國內大量產生的一般常見營建廢棄物。

再生混凝土消波塊的原料形態為經過粉碎、篩選除異物等處理，約 取 1–2 公分之再生骨材為再生原料。再生骨材經篩分處理後，在混練 機中依配比分別添加水泥膠結劑、矽砂與水，經過半乾式充分混拌澆注 模具成型後，經過 24hrs 脫模，可製成各種尺寸的再生混凝土消波塊產 品。在再生原料的應用比率方面，石質營建廢棄物原料的替代比率範圍 可以達到50%，並且可以循環重覆再生使用。再生混凝土消波塊產製的 再生製程如圖3.71 所示。

圖 3.71 再生混凝土消波塊產製的再生製程 二、產品特性與性能測試

再生混凝土消波塊的產品特性，包括具環保特性，經久耐用，可重 覆使用、減低廢棄物產生，製作容易，施工方便有較高之再利用價值且 節省成本。再生混凝土消波塊的主要用途，可包括供海邊附近保護海 岸、河堤、橋墩、阻擋砂石、減緩水流等，圖3.72、圖 3.73 分別為再生 混凝土消波塊的產品應用例情形。另方面，再生混凝土消波塊的性能測 試，需比照CNS 13295 測試抗壓強度，其抗壓強度要求>300kgf/cm²。

天然砂、水泥、水 24hrs

廢建築混凝土塊 破碎 拌料槽 澆注模具 脫模

養生 成品

圖 3.72 再生混凝土消波塊的產品應用例情形

第十一節 討論

氧化矽粉體是傳統防火建材的主要原料，例如傳統水泥纖維板製作 使用的矽砂粉體 （粒徑 45µm），佔原料總使用量比率的 52%，每噸售 價約 NT$2000-3000。若能夠開發國內產出的營建廢棄物（以石質為主）

作為再生原料，替代傳統防火板材的矽砂原料，則將會有非常好的經濟 的廢玻璃粉與廢花崗岩石材粉，所製成的板材試樣，經依據 CNS13777 規範的物性檢測，項目包括（1）抗彎強度（2）容積密度（3）耐衝擊

使用營建廢棄物作為再生原料的綠建材產品之潛力，若相關之獎勵措施 能配合，國內業者投入開發生產之意願將極濃厚，因此未來綠色再生建 材實驗室設備建置完成後將可進行完整性之商業化製程開發，並以保持 既有建材功能之前提下，儘量提高再生料替使用比例，以擴大建築廢棄 物減量及回收之利基。

第十二節 參考文獻

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2. 楊志強、彭耀南，混凝土中水泥漿和顆粒骨材界面特性之研究，碩 士論文， 國立交通大學土木工程學系，新竹， 2001 年。

3. 楊志強、彭耀南，混凝土中水泥漿和顆粒骨材界面特性之研究，碩 士論文， 國立交通大學土木工程學系，新竹，（2001）。

4. F.P. Glasser, “Application of the Phase Rule to Cement Chemistry”, Refractory

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5. Mehta. P. K., Concrete Structure, Material, and Properties, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1986, pp. 129-140.

6. Torsten Dietz, Klaus Bohnemann, “Calcium Silicate Hydrate in Fiber Cement Sheets and Autoclaved Aerated Concrete”, 7th International Inorganic-Bonded

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7. 陳清齊，赴德國參訪水泥纖維板廠，出國報告，工研院環安中心，2001 8. 謝博文、彭耀南，成型壓力對低水膠比水泥漿體蒸氣養護效能之研

Hydration of Cement, Adsorptive Behavior of Admixture and Fluidity and Setting of Fresh Cement Paste", Cement and concrete Research, Vol. 22, 1992, pp.1115-1129.

11. Tashiro, C., and Urasfima, H., "Strength Development and Pore Size Distribution of Cement Paste Cured with High Hydrostatic Pressure", Cement and Concrete

Research, Vol.14, No.3, 1984, pp.318-322.

第四章 竹炭塗料設計研發

近二十年來，國內竹材產業日漸沒落，造成竹林荒蕪，並間接促使 失業人口增加，若能適當地再造竹林與伐採經營，促進再生資源之有效 利用並提高竹材之附加價值，將有助於生態保護與竹材產業的生產與復 甦，進而降低弱勢產業族群之失業率，促進城鄉均衡發展；眾多竹材加 工技術中以竹材之炭化技術開發，可大幅提升再生竹材資源之附加價 值。

本章內容針對國內相關竹材產業現況資料匯整，並將竹材經炭化、

磨碎過程後生成之竹炭粉末與內裝塗料互相結合，進行竹炭之應用學理 分析，以及國內外竹炭塗料發展狀況之資料蒐集與彙整，並建立竹炭特 性及吸附曲線等參數，同時進行 2 種不同細度之竹炭與(水性)塗料分散 劑之混合與調製，以建立竹炭健康塗料關鍵製造技術及性能資料庫。

第一節 竹材產業現況及竹炭應用學理分析

一、竹材產業現況

(一)、國內外竹材產業現況

依日本科學調查結果發現，「竹」係藉由地下莖萌芽生長成林，區 分為散生型與叢生型兩類竹林，散生型竹林網狀地下莖能有效防止土石 流失，而叢生型竹林其中空有節且富彈性，應用於防強風及減少噪音效 果顯著。

據 2000 年台灣林業統計，台灣竹林種植面積達到 149,516 公頃，主 要分佈於苗栗、南投、嘉義、雲林及台南等地。竹材加工業往年偏重於 南投縣（竹山）、嘉義縣及苗栗縣等地。台灣常見六種經濟竹類之面積

國內竹類在生長季節裡，平均僅約需 5~11 星期即長大成材，從此無

二、竹炭應用學理分析 (一)竹材料之炭化

竹材屬於木質材料，一般木質材料炭化溫度約自250 ℃開始，最高 達800 ℃左右，超出此溫度以上時，其中所含碳（C）以外之其他元素，

如氧（O）、氫（H）、氮（N）及其他微量元素之絕大部分將被除去，剩 下以碳為主之結構體。

竹材在無空氣或限制空氣的環境中（如窯或爐等容器）以高溫加 熱 ， 進 行 無 氧 或 缺 氧 燃 燒 ， 此 燃 燒 過 程 稱 之 為 熱 分 解 （Thermal decomposition），分解後會產生氣體煙及固體竹炭（Bamboo charcoal），此 現象稱之為炭化（Charcoalization），而 1600∼3000 ℃則稱為石墨化

（Graphitization）。

將煙冷卻後，得到冷凝成液體之部分及不冷凝之氣體部分，其中氣 體部分稱作竹煤氣，而將冷凝部分之液體靜置，則可分為三層：下層粘 度較大之黑色液體為竹焦油（tar）；中層深褐色水溶液即為竹醋液

（Bamboo vinegar）；而最上層為一層薄油膜則稱為輕質竹焦油。

(二)竹炭材料之特性

竹材之主成分與木材相同，可分成為纖維素、半纖維素及木質素三 個部分，其與木材不同之處為，竹之莖中空有節，且由於維管束組織中 沒有形成層，所以竹材不會變粗，但會由節間向上生長，據研究結果生 長最快者一天可長高120 公分。竹子的組織結構非常緻密，且其外側組 織較內側組織更為緻密，經高溫炭化及活化處理後，其組織並不會改 變，仍為具有多孔質的微結構組織，同時，竹炭的比表面積(BET 值)大 幅增加，約為木炭之三倍，故其吸附、除臭能力較強。此外，在含炭率 87-93%以上，所以可當作良好的燃料；竹炭的含

1. 吸收有害化學物質、溼度調整功能、除臭效能

高溫燒製而成的竹炭，由於其多孔性組織及廣大表面積，因此為一 優良之吸附劑，對於揮發性有機溶劑的吸附、空氣中惡臭的去除、環境 中的溼度調節以及水質淨化等效能十分卓越。

2. 天然礦物質供給

竹子吸收土壤中的礦物質而生長，而竹子經過悶燒過程後，其礦物 質會濃縮為原有之三倍左右，而且易溶於水。因此將竹炭放入水中，其 中所含之礦物質及其他微量元素溶出，產生具有天然礦物質之水，對於 人體而言，是一優秀之天然礦物質來源。表 4.1 為竹炭及其灰分所含之 微量元素。

表4.1 竹炭及其灰分所含之微量元素

鉀 鈉 鈣 鎂 鐵 錳 矽 鍺 竹炭 0.85 0.01 0.05 0.14 0.01 0.05 0.62 <0.05 竹灰 8.65 0.59 1.38 0.60 0.77 0.12 19.50 <0.05

3. 遠紅外線放射功能

文獻中提到，竹炭為一天然遠紅外線放射材料。所謂遠紅外線，其 波長範圍並無統一的定義，但一般而言，波長介於四至一千微米之間之 紅外線稱作遠紅外線，相關研究報告中指出，對於在波長為七至十幾微 米範圍間之遠紅外線，能和人體產生共振，因此具有促進血液循環的效 果，近年來在日本、俄羅斯、中國大陸以及台灣地區，遠紅外線被用在 許多疾病的輔助治療，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥瘡、燙傷及傷口 不易癒合等疾病上，達到輔助治療的目的。

4. 防止靜電、阻隔電磁波效果

控制竹炭之燒成溫度，能得到高導電性炭，而種高導電性之竹炭材 料，具有與金屬板同等或以上之電磁波遮蔽效果，且其比重低，為輕量 之電磁波屏蔽材料，此竹炭材料亦由於其導電性，因此具有防止靜電之 效果。

並非所有竹炭都具備以上幾種效果，使用不同的炭化爐與製造條 件，則所生產竹炭的物性與機械性則不同

。

土窯昇溫速率曲線緩慢且穩定，其產生之溫度（約 200-450 度）適 合為竹材熱分解以及炭化。竹材炭化時可充份進行各種化學反應，所生 產之竹炭成份較為安定。炭化溫度較低之竹炭，因含有較多的其它非碳 元素，如氫、氧…等，相對的碳元素的含有率也較低。

相對地，若僅由機械爐直接高溫炭化的話，其昇溫速率過快，將無 法讓炭化過程完全產生炭化反應，因此所得到的成份性質較不穩定，而 且生產成本較高。

但若要生產具有吸附 VOCs、導電、抗菌、阻隔電磁波等特性的竹 炭，如果只以傳統土窯燒製，將無法充分發揮其特有的功能性，因此可 利用土窯炭化後再經機械爐進行二次高溫炭化組合，控制其燃燒用二次 空氣的送風量、廢氣排氣量、爐內氧化還原氣體等，以變化不同的燒成 條件，其所燒製出來的竹炭其比表面積（BET）值較高，且具有良好的 導電度，應該是最佳的竹炭製程組合模式。

第二節 國內外竹炭塗料發展情形

關於竹炭應用於塗料上之應用，以日本之研究最早開始，1997 年 SAGAWA JUNICHI 於日本專利編號 JP9052957 中指出，將 5%~30%之竹碳 粉末混入合成樹脂中，作為室內寢具之塗料，以及將竹炭粉末作為枕頭

另外，以竹炭主原料之竹炭複合材料方面，TATSUMI HIROAKI 於 2001 年日本專利編號JP9904221 與世界專利組織專利編號 WO0110251 中，提 出以竹炭粉末(粒径 5~20μm) 添加電氣石粉末(tourmaline powder)，並將兩

另外，以竹炭主原料之竹炭複合材料方面，TATSUMI HIROAKI 於 2001 年日本專利編號JP9904221 與世界專利組織專利編號 WO0110251 中，提 出以竹炭粉末(粒径 5~20μm) 添加電氣石粉末(tourmaline powder)，並將兩